JP2013183374A - Oscillator and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発振装置及び発振装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an oscillation device and a method for manufacturing the oscillation device.
スピーカの一つにパラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカは、音声信号を、超音波帯域の変調信号に変調し、この変調信号を大気中で可聴音に復調させるものである。パラメトリックスピーカの振動源としては、圧電振動子を用いることが多い。 One of the speakers is a parametric speaker. The parametric speaker modulates an audio signal into a modulation signal in an ultrasonic band, and demodulates the modulation signal into an audible sound in the atmosphere. A piezoelectric vibrator is often used as a vibration source of a parametric speaker.
一方、特許文献1には、静電型超音波トランスデューサとトランスからなる回路の共振周波数を、静電型超音波トランスデューサの駆動周波数と一致させるために、トランスの巻き数を調節することが記載されている。 On the other hand, Patent Document 1 describes that the number of turns of a transformer is adjusted so that the resonance frequency of a circuit composed of an electrostatic ultrasonic transducer and a transformer matches the driving frequency of the electrostatic ultrasonic transducer. ing.
パラメトリックスピーカの出力を増大させるためには、変調信号の周波数を、圧電振動子の共振周波数に一致させることが望ましい。しかし、圧電振動子の共振周波数は、製造時のばらつきによって設計値からずれることが多い。この場合、パラメトリックスピーカの出力が低下する。 In order to increase the output of the parametric speaker, it is desirable to make the frequency of the modulation signal coincide with the resonance frequency of the piezoelectric vibrator. However, the resonance frequency of the piezoelectric vibrator often deviates from the design value due to variations in manufacturing. In this case, the output of the parametric speaker is lowered.
本発明の目的は、圧電振動子の共振周波数がばらついても、変調信号と圧電振動子を整合させることができる発信装置及び発振装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a transmitting device and a method of manufacturing an oscillating device that can match a modulation signal and a piezoelectric vibrator even if the resonance frequency of the piezoelectric vibrator varies.
本発明によれば、圧電振動子と、
前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段と前記圧電振動子の間に設けられており、電気的イミタンスを調整できる調整手段と、
を備える発振装置が提供される。
According to the present invention, a piezoelectric vibrator;
Drive signal generating means for generating a drive signal input to the piezoelectric vibrator;
An adjusting means provided between the drive signal generating means and the piezoelectric vibrator, and capable of adjusting an electrical immittance;
An oscillation device is provided.
本発明によれば、圧電振動子の特性を検査し、この検査結果に基づいて、調整手段の電気的イミタンスを調整する工程と、
前記圧電振動子と、前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、の間に、調整後の前記調整手段を設ける工程と、
を備える発振装置の製造方法が提供される。
According to the present invention, the step of inspecting the characteristics of the piezoelectric vibrator and adjusting the electrical immittance of the adjusting means based on the inspection result;
Providing the adjusted adjusting means between the piezoelectric vibrator and a driving signal generating means for generating a driving signal input to the piezoelectric vibrator;
A method for manufacturing an oscillation device comprising:
本発明によれば、圧電振動子の共振周波数がばらついても、変調信号と圧電振動子を整合させることができる。 According to the present invention, the modulation signal and the piezoelectric vibrator can be matched even if the resonance frequency of the piezoelectric vibrator varies.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、圧電振動子300、駆動信号生成部100、及び調整部200を備えている。駆動信号生成部100は、圧電振動子300に入力される駆動信号を生成する。調整部200は、駆動信号生成部100と圧電振動子300の間に設けられており、電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子300のQ値を、所定の値から±20%以内の範囲で調整できる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of the oscillation device according to the first embodiment. The oscillation device according to the present embodiment includes a
圧電振動子300の共振周波数は、製造時のばらつきに起因して、設計値からずれることが多い。このため、駆動信号の周波数と、圧電振動子300の共振周波数を設計時に一致させていても、実際には、駆動信号の周波数と、圧電振動子300の共振周波数はずれることが多い。これに対して本実施形態では、調整部200は、電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子300のQ値を、所定の値から±20%以内の範囲で調整できる。このため、調整部200を用いることにより、駆動信号の周波数に対して、圧電振動子300を整合させることができる。以下、詳細に説明する。
The resonance frequency of the
駆動信号生成部100は、外部から入力された音声信号を、パラメトリックスピーカ用の変調信号に変換する。ここでの変調方式は、AM(Amplitude Modulation)変調、DSB(Double Side Band)変調、SSB(Single Side Band)変調、又はFM(Frequency Modulation)変調である。圧電振動子300は、変調信号に基づいて変調波を発振する。この変調波は、大気中で可聴音に復調する。
The drive
図2は、調整部200の第1例を示している。調整部200は、互いに並列に接続された複数の抵抗202を有している。そして調整部200は、一部の抵抗202が切断されることにより、電気的イミタンスとしての抵抗値が調整されている。本図に示す例では、上から2番目の抵抗202が切断されており、切断部204を有している。ここで、抵抗202の抵抗値は互いに等しくても良いし、互いに異なっていても良い。
FIG. 2 shows a first example of the
図3は、調整部200の第2例を示している。調整部200は、可変抵抗212を有している。そして可変抵抗212の抵抗値が調節されることにより、電気的イミタンスが調整されている。
FIG. 3 shows a second example of the
図4は、圧電振動子300の構成を示す図である。圧電振動子300は、圧電素子302、振動部材304、及び保持部材306を有している。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the
圧電素子302は、振動部材304の一面に取り付けられており、例えばPZTなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし圧電素子302は、他の圧電材料により形成されていても良い。圧電素子302の平面形状は、振動部材304の平面形状よりも小さい。
The
振動部材304はシート状であり、圧電素子302から発生した振動によって振動する。また振動部材304は、圧電素子302の基本共振周波数を調整する。振動部材304の厚みは5μm以上500μm以下であることが好ましい。また、振動部材304は、剛性を示す指標である縦弾性係数が1Gpa以上500GPa以下であることが好ましい。振動部材304の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材304を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子302に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。
The
保持部材306は、振動部材304の縁を支持している。
The
図5は、本実施形態に係る発振装置の製造方法を示すフローチャートである。本図に示す処理は、一つの発振装置を製造するたびに行われる。 FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing the oscillation device according to the present embodiment. The process shown in this figure is performed every time one oscillator is manufactured.
まず、圧電振動子300の特性を検査し、圧電振動子300の電気的特性を算出する(ステップS10)。次いでこの電気的特性を用いて、調整部200に設定すべき係数を算出する(ステップS20)。ここで行われる処理の詳細は、後述する。次いで、調整部200の電気的イミタンスの調整を行う(ステップS30)。例えば調整部200が図2に示す構造を有している場合、切断すべき抵抗202を決定し、その抵抗202を、レーザ等を用いて切断する。また調整部200が図3に示す構造を有している場合、可変抵抗212の抵抗値を決定する。その後、駆動信号生成部100、調整部200、及び圧電振動子300を用いて発振装置を組み立てる(ステップS40)。
First, the characteristics of the
図6は、図5のステップS20で行われる処理を説明するための図である。本図は、圧電振動子300の等価回路を示している。圧電振動子300の電気的イミタンスは、動イミタンスとしてのインダクタンスLm、抵抗Rm、及び容量Cm、ならびに静的容量Cdにより構成される。そして圧電振動子300の機械的品質係数Qは、以下の(1)式により計算される。
Q=(ω×Lm)/Rm・・・(1)
FIG. 6 is a diagram for explaining the process performed in step S20 of FIG. This figure shows an equivalent circuit of the
Q = (ω × L m ) / R m (1)
ここで、ωは共振周波数であり、以下の(2)式で示される。
ω=1/√(Lm×Cm)・・・(2)
Here, ω is a resonance frequency and is represented by the following equation (2).
ω = 1 / √ (L m × C m ) (2)
(1)式から、目的とするQをQtargとして、そのために必要な調整部200の抵抗をRtargとすると、Qtargは以下の(3)式で示される。
Qtarg=(ω×Lm)/(Rm+Rtarg)・・・(3)
From the equation (1), if the target Q is Q targ and the resistance of the
Q targ = (ω × L m ) / (R m + R targ ) (3)
(3)式から、Rtargは以下の(4)式で示される。
Rtarg=(ω×Lm)/Qtarg−Rm・・・(4)
From the equation (3), R targ is expressed by the following equation (4).
R targ = (ω × L m ) / Q targ −R m (4)
従って、図5のステップS10で測定された値を(4)式に代入することにより、調整部200の係数すなわちRtargが算出される。なお、調整部200が図2に示す構成を有していた場合、切断される抵抗202は、調整部200の抵抗値がRtargに最も近くなるように決定される。
Therefore, by substituting the value measured in step S10 of FIG. 5 into the equation (4), the coefficient of the
以上、本実施形態によれば、圧電振動子の共振周波数がばらついても、調整部200の電気的イミタンスを調整することにより、圧電振動子300のQ値を、所定の値から±20%以内の範囲で調整できる。このため、駆動信号の周波数と、圧電振動子300の共振周波数がばらついても、駆動信号生成部100と圧電振動子300とを整合させることができる。なお、(3)式によれば、調整部200は抵抗値を調節するのではなく、インダクタンスLtargが調節可能なインダクタであってもよいし、容量値が調節可能な容量であってもよい。
As described above, according to the present embodiment, even if the resonance frequency of the piezoelectric vibrator varies, the Q value of the
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る発振装置の機能構成を示す図である。本実施形態は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the oscillation device according to the second embodiment. The present embodiment has the same configuration as that of the oscillation device according to the first embodiment except for the following points.
まず発振装置は、複数の圧電振動子300を有している。複数の圧電振動子300は、図8に示すように、マトリクス状に配列されている。
First, the oscillation device has a plurality of
調整部200は、複数の圧電振動子300それぞれに対して設けられている。そして各調整部200は、その調整部200に対応する圧電振動子300の特性に応じて、図5に示された処理が行われている。このため、調整部200により調整された後の圧電振動子300の電気的イミタンスは、ある程度ばらつくことになる。このばらつきの範囲は、平均値に対して±20%である。
The
また、駆動信号生成部100は、デコード部110、アップサンプリング部120、変調信号生成部126、D/A変換部128、及び増幅部130を有している。これらのうちアップサンプリング部120及び変調信号生成部126は、例えばDSP(digital Signal Processor)により構成される。
The drive
本実施形態において、発振装置に入力される信号はデジタル信号であり、所定の方式(例えばMP3(MPEG(Moving Picture Experts Group) Audio Layer-3))で圧縮された音声信号である。デコード部110は、この音声信号をデコードする。デコード部110は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。
In the present embodiment, the signal input to the oscillation device is a digital signal, which is an audio signal compressed by a predetermined method (for example, MP3 (MPEG (Moving Picture Experts Group) Audio Layer-3)). The
アップサンプリング部120は、デコード部110から入力された音声信号をアップサンプリングする。音声信号のサンプリング周波数は、搬送波よりもある程度高い必要がある。デコード部110から入力された音声信号は、48kHz以下のレートでサンプリングされている場合が多い。変調信号生成部126が生成する変調信号の搬送波を40kHz以上にする場合、音声信号のサンプリング周波数は、例えば96kHz以上である必要がある。アップサンプリング部120は、音声信号を、例えば96kHz又は192kHzにアップサンプリングする。アップサンプリング部120によるアップサンプリング後の音声信号の周波数は、変調信号生成部126が生成する変調信号の搬送波の周波数に応じて適宜選択される。
The
変調信号生成部126は、アップサンプリング部120によるアップサンプリング後の音声信号を、超音波帯域の信号に変調し、パラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。ここでの変調方式は、第1の実施形態と同様である。なお、変調信号生成部126が生成する変調信号は、デジタル信号である。
The modulation signal generation unit 126 modulates the audio signal after the upsampling by the
D/A変換部128は、変調信号生成部126から出力された変調信号を、アナログ信号に変換する。増幅部130は、D/A変換部128から出力されたアナログ形式の変調信号を増幅し、調整部200を介して圧電振動子300に入力する。
The D /
本実施形態によっても、第1の実施器携帯と同様の効果を得ることができる。また、複数の圧電振動子300の特性を揃えることができる。
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first implementation device can be obtained. Further, the characteristics of the plurality of
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
100 駆動信号生成部
110 デコード部
120 アップサンプリング部
126 変調信号生成部
128 D/A変換部
130 増幅部
200 調整部
202 抵抗
204 切断部
212 可変抵抗
300 圧電振動子
302 圧電素子
304 振動部材
306 保持部材
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段と前記圧電振動子の間に設けられており、電気的イミタンスを調整できる調整手段と、
を備える発振装置。 A piezoelectric vibrator;
Drive signal generating means for generating a drive signal input to the piezoelectric vibrator;
An adjusting means provided between the drive signal generating means and the piezoelectric vibrator, and capable of adjusting an electrical immittance;
An oscillation device comprising:
複数の前記圧電振動子を有しており、
前記駆動信号生成手段は、前記駆動信号を前記複数の圧電振動子に入力し、
前記調整手段は、前記複数の圧電振動子それぞれに対して設けられており、
前記調整手段により調整された後の前記圧電振動子の電気的イミタンスは、平均値に対して±20%の範囲内でばらついている発振装置。 The oscillation device according to claim 1,
A plurality of the piezoelectric vibrators;
The drive signal generation means inputs the drive signal to the plurality of piezoelectric vibrators,
The adjusting means is provided for each of the plurality of piezoelectric vibrators,
The oscillation device in which the electrical immittance of the piezoelectric vibrator after being adjusted by the adjusting means varies within a range of ± 20% with respect to the average value.
前記調整手段は、互いに並列に接続された複数の抵抗を有しており、
前記複数の抵抗の一部が切断されている発振装置。 The oscillation device according to claim 1,
The adjusting means has a plurality of resistors connected in parallel to each other,
An oscillation device in which a part of the plurality of resistors is cut.
前記調整手段は可変抵抗を有している発振装置。 The oscillation device according to claim 1 or 2,
An oscillation device in which the adjusting means has a variable resistor.
前記駆動信号生成手段は、パラメトリックスピーカとしての変調信号を前記駆動信号として生成する発振装置。 In the oscillating device according to any one of claims 1 to 4,
The drive signal generating means is an oscillation device that generates a modulation signal as a parametric speaker as the drive signal.
前記圧電振動子と、前記圧電振動子に入力される駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、の間に、調整後の前記調整手段を設ける工程と、
を備える発振装置の製造方法。 Inspecting the characteristics of the piezoelectric vibrator, and adjusting the electrical immittance of the adjusting means based on the inspection result;
Providing the adjusted adjusting means between the piezoelectric vibrator and a driving signal generating means for generating a driving signal input to the piezoelectric vibrator;
A method of manufacturing an oscillation device comprising:
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JP2013250169A (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-12 | Panasonic Corp | Ultrasonic sensor |
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- 2012-03-02 JP JP2012047182A patent/JP2013183374A/en active Pending
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